CN113906247A - 组合阀 - Google Patents

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An DelieyasiQige
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Abstract

一种由电磁截止阀(5)和集成的管破裂保险机构组成的组合阀(100)，包括：进口(2)和出口(6)，在进口和出口之间限定了第一流动路径；布置在第一流动路径中的密封面(3)；具有主阀座(10)和先导阀座(11)的可移动的密封体(4)，在主阀座和先导阀座之间限定了作为第二流动路径的先导孔(14)；关闭弹簧(17)；具有密封面(12)的衔铁(13)；和励磁线圈(20)。密封体(4)在关闭位置中通过将主阀座(10)靠置在密封面(3)上封闭第一流动路径，并且通过将密封面(12)靠置在先导阀座(12)上封闭第二流动路径。衔铁(13)布置在关闭弹簧(17)和密封体(4)之间。关闭弹簧(17)将衔铁(13)的密封面(12)压靠到密封体(4)的先导阀座(14)上，并且将密封体(4)的主阀座(10)压靠到密封面(3)上。打开弹簧(9)将密封体(4)压到打开位置中。

Description

组合阀
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于气体和/或液体的由电磁截止阀和管破裂保险机构组成的组合阀。
背景技术
用于储存例如天然气或氢气的气态燃料的压缩气体容器的容器阀尤其设计有电磁截止阀、管破裂保险机构、手动截止阀、手动排空阀和温度控制的安全阀(TPRD)，其中，电磁截止阀在通电状态下至少开通提取路径，或在未通电时封闭提取路径，管破裂保险机构在提取量大时例如在管破裂时封闭容器进口，手动截止阀在灌装和提取时封闭容器进口，手动排空阀为了紧急排空而打开容器进口，并且温度控制的安全阀在高温下例如在着火时打开容器进口。
这样的容器阀尤其由DE102016008107已知：DE102016008107对于每个功能公开了其自己的构件，即电磁截止阀、管破裂保险机构、手动截止阀、手动排空阀和温度控制的安全阀在产生了单个零件制造和装配的相应耗费的情况下实施为独立的构件。这样的电磁截止阀尤其由EP01235012、US6142128、DE2439271或DE19533400已知：EP01235012公开了一种直接切换阀，US6142128公开了一种在衔铁和密封体之间产生连接的先导阀，DE2439271公开了一种具有可移动的对极的先导阀，以及DE19533400公开了一种具有打开弹簧的先导阀。不同的结构设计的共同目标是，以小的功率消耗开通流动路径，并且以小的压降提供确定的流动横截面。这样的机械式的管破裂保险机构尤其由EP1533551或WO02/084423已知，并且由封闭体和保持打开弹簧组成，该保持打开弹簧在正常工作中克服在穿流和/或环绕流过时由于流动转向而出现的压降将封闭体保持在打开位置中，但是在规定的流量率下自动地封闭流动路径，在所述流量率下由于在穿流和/或环绕流过时的压降而引起的闭合力大于保持打开弹簧的打开力。
这样的电气化的管破裂保险机构尤其由DE2553011A1或JP2005147255A已知，并且由封闭体、打开弹簧和用于对封闭体的位置进行影响的电磁体组成。
发明内容
本发明的目的是提供一种组合阀，该组合阀将具有可靠的单独功能的电磁截止阀和机械的管破裂保险机构以简单的结构方式并且在小的结构空间中结合在一个组件中。
该目的通过具有权利要求1的特征的组合阀来实现，该组合阀由电磁截止阀和集成到电磁截止阀中的管破裂保险机构组成。
根据本发明的组合阀设计为间接控制的电磁阀，并且包括：进口和出口，在进口和出口之间限定了第一流动路径；布置在第一流动路径中的密封面；在打开位置与关闭位置之间可移动的密封体，该密封体具有主阀座和先导阀座，在主阀座和先导阀座之间限定了作为第二流动路径的先导孔；关闭弹簧；具有密封面的衔铁；和励磁线圈。密封体被设计用于，在关闭位置中通过将主阀座靠置在密封面上封闭第一流动路径，并且通过将密封面靠置在先导阀座上封闭第二流动路径。在打开位置中，主阀座与密封面隔开。衔铁布置在关闭弹簧与密封体之间，并且关闭弹簧被设计用于，借助弹簧力将衔铁的密封面压靠到密封体的先导阀座上，并且将密封体的主阀座压靠到密封面上。励磁线圈被设计用于，克服关闭弹簧的弹簧力吸引衔铁。组合阀包括打开弹簧，该打开弹簧被设计用于，借助弹簧力将密封体压到打开位置中，其中，关闭弹簧具有比打开弹簧更大的弹簧力。电磁截止阀的位于第一流动路径中的零件经过成型，从而这些零件产生在其中流动的介质的流动转向和/或流动加速，并且由此产生从进口到出口的压降。打开弹簧的弹簧力被调节为，使得在第一流动路径中的介质的规定流量下，压降克服打开弹簧的弹簧力将密封体从打开位置压到关闭位置中，其中，在关闭位置中在衔铁被吸引时，第二流动路径开通。
通过根据本发明的组合阀的这种设计，一方面提供了间接控制的电磁阀，并且另一方面不仅了实现管破裂保险机构，而且实现了管破裂保险机构的复位功能。
开头提及的电气化的管破裂保险机构是直接切换阀，即，从进口侧到出口侧仅存在具有阀座的一个流动路径。衔铁的位置直接影响密封体的位置。一些开头提及的阀具有机械的管破裂保险机构，通过添加电磁体能够将这些管破裂保险机构置于使管破裂保险机构能工作的工作位置中和/或置于使管破裂保险机构关闭、即被解除的封闭位置中。一些已知的阀的密封体不能够在激活管破裂保险机构之后，即在由于压降而封闭流动路径之后和在管破裂已修复之后，独立地返回到打开位置中，因为在封闭流动路径之后不再有介质从进口流至出口，并且由此不能够消除在密封体上的压差。只有电磁体或在出口侧施加的压力才能够部分地在打开弹簧的支持下将密封体移动到打开位置中。
直接切换阀具有非常简单的结构，并且应用在阀尺寸小和/或压差小的情况中。直接切换阀的空间需求和电功率消耗随着阀尺寸和压差而提高，使得在较高的压力的情况下无例外地应用间接切换阀。在间接切换阀中，电磁铁不开通第一流动路径，而是首先开通具有非常小的阀尺寸并且因此具有小的电功率消耗(和结构尺寸)的第二流动路径。根据本发明，在阀打开状态中(即在励磁线圈通电时)，介质能够通过第二流动路径(即密封体的先导孔)从进口流到出口，并且平衡密封体上存在的压差。在压差(几乎平衡)的情况下，进一步地，主阀座可以打开，其中，该打开过程可以通过衔铁或通过弹簧或通过压差实现。
管破裂保险机构的任务是，在沿流动方向位于阀座下游的构件(例如管)破裂时封闭流动路径，使得介质不再能够从上游的容器中流出。在进口和出口之间的压差(在管破裂时，为周围环境压力)将密封体压到阀座上，并且确保足够的密封性。为了在激活管破裂保险机构之后排空容器，在机械的管破裂保险机构的情况下必须首先修理损坏部位，并且随后从出口侧提高压力，直至机械的管破裂保险机构在即将达到出口和进口之间的压力平衡之前通过打开弹簧重新被打开(该过程称为“重置”或“复位”)。机械的管破裂保险机构响应于任何压降，其中也包括例如通常在机动车的燃料箱系统中发生的剧烈流动加速。复位过程非常复杂，并且对于机动车的操纵者不可实施。
本发明基本上提供了一种电磁阀，在该电磁阀中附加地安装有机械的管破裂保险机构。该阀被设置用于高压应用，因此基于结构尺寸仅考虑间接切换阀。本发明选用了一种具有打开弹簧的间接切换阀，其中，通过合适的转向和/或穿流来提高沿关闭方向在穿流时的(在通常情况下不期望的)压降。因为间接切换阀具有用于通过先导孔进行压力平衡的小孔，所以该现有的孔可以用于重置。可以在没有附加的设备耗费的情况下，将管破裂保险机构的功能集成到根据本发明的具有弹簧先导的间接切换电磁阀中，其方式为，仅使弹簧的打开力与在穿流时产生的压降的关闭力协调，使得阀在确定的流量值下(并且与之相关地，在确定的压降下)关闭。不需要附加的构件或待麻烦地加工的密封面。
第一流动路径优选沿着密封体延伸，并且任选地穿过衔铁和/或打开弹簧延伸。
如果先导孔具有直径不同的区段，则当先导孔的主导部分具有大直径并且仅短的区段具有对于调节穿流所必需的小直径时，得到可良好地调节穿流和节省重量的优点。
在根据本发明的组合阀的优选实施方式中，第二流动路径的区段通过在密封体与电磁截止阀的包围密封体的壳体之间的自由空间构成，或者通过在密封体的外侧上延伸的槽构成，或者通过在密封体的内部中延伸的孔构成。
为了产生/提高从进口到出口的压降，密封体可以设有布置在第一流动路径中的被环绕流过和/或穿流的压降面。
在根据本发明的组合阀的另一实施方式中，为了产生/提高从进口到出口的压降，衔铁设有布置在第一流动路径中的被环绕流过和/或穿流的压降面。
在根据本发明的组合阀的又一实施方式中，打开弹簧布置在第一流动路径中，并且被设计用于产生压降。通过本发明的该实施方式也提高了从进口至出口的压降。
在根据本发明的组合阀的另一实施方式中，第一流动路径的区段由电磁截止阀的壳体和/或由容器阀壳体限定，其中，第一流动路径的区段优选形成为，使得该区段产生从进口至出口的压降。
在根据本发明的组合阀的优选实施方式中，打开弹簧是由金属、聚合物或弹性体制成的弹性构件，或是密封体上的有弹性的区段。这些设计的优点在于功能可靠性高、制造成本低，特别是当有弹性的区段被设计在密封体上时。
附图说明
本发明的其它特征和优点从下面对可能的实施方式的描述中以及根据附图来获得。
图1示出了处于关闭状态中的组合阀的一种可能的实施方式。
图2示出了处于打开状态中的组合阀的一种可能的实施方式。
图3示出在管破裂时密封体即将关闭之前的组合阀的一种可能的实施方式。
图4示出了组合阀的一种可能的实施方式，其中在管破裂后密封体封闭。
图5示出了处于关闭状态中的组合阀的另一种可能的实施方式。
图6示出了处于关闭状态中的组合阀的另一种可能的实施方式。
具体实施方式
图1示出在关闭状态下位于容器阀壳体(1)的部分中的具有承压壳体的作为旋入件的组合阀(100)的可能实施方式，该容器阀壳体包括用于从存储容器输入气体的进口(2)、用于抵靠电磁截止阀(5)的密封体(4)密封的密封面(3)和用于排出气体的出口(6)。此外，具有承压壳体(7)的电磁截止阀(5)包括用于支撑打开弹簧(9)的弹簧支撑部(8)、用于在密封体(4)上的合适压力情况下将密封体(4)从壳体(1)抬起的打开弹簧(9)、可轴向移动的密封体(4)以及可轴向移动的衔铁(13)，该密封体包括用于抵靠壳体(1)中的密封面(3)密封的主阀座(10)、用于抵靠衔铁(13)上的密封面(12)密封的先导阀座(11)、作为在先导阀座(11)与主阀座(10)之间的内部连接的先导孔(14)、作为限流器以用于在从进口(2)向出口(6)通流时产生压降的被环绕流过的压降面(15)、用于支撑打开弹簧(9)的弹簧支撑部(16)，衔铁具有用于抵靠先导阀座(11)密封的密封面(12)、用于在未通电状态下将电磁截止阀(5)关闭的关闭弹簧(17)、作为衔铁(13)的对置件的不可移动的对极(18)、用于闭合磁回路的磁闭锁部(19)以及用于产生电磁场的励磁线圈(20)。
根据图1，在关闭状态中在励磁线圈(20)未通电时，关闭弹簧(17)克服打开弹簧(9)的力挤压衔铁(13)—以其密封面(12)压靠到密封体(4)的先导阀座(11)上，并且由此挤压密封体(4)—以其主阀座(10)压靠到壳体(1)的密封面(3)上，并且由此封闭在进口(2)与出口(6)之间的两个流动路径，即封闭在密封体(4)的主阀座(10)与壳体(1)的密封面(3)之间的第一流动路径和通过在密封体(4)的先导阀座(11)与衔铁(13)的密封面(12)之间的先导孔(14)的第二流动路径。在此，密封作用通过在密封体(4)和衔铁(13)上的压差而改善。
在励磁线圈(20)通电时，磁力克服关闭弹簧(17)的力将衔铁(13)在轴向方向上吸向对极(18)，并且将衔铁(13)以其密封面(12)从密封体(4)的先导阀座(11)抬起，直至衔铁(13)靠置在对极(18)上。在该工作状态中，先导阀座(11)打开，当提取路径在下游被封闭时，气体从进口(2)经由先导孔(14)流向出口(6)，并且减小在密封体(4)上的压差。当在密封体(4)上的关闭力(由于在密封体(4)上的压差而引起)和打开弹簧(9)的力之间的差为零时，打开弹簧(9)将密封体(4)从壳体(1)中的密封面(3)抬起，并且根据图2打开电磁阀(5)的主阀座(10)。
在阀打开时，由于环绕密封体(4)流动，主要在作为限流器的被环绕流过的压降面(15)上，在密封体(4)上产生在流动方向上的压降，并且因此产生轴向作用的关闭力，该关闭力与打开弹簧(9)的打开力相反地作用，并且根据图3将密封体(4)在轴向方向上压向壳体(1)中的密封面(3)。
由于密封体(4)与密封面(3)之间的距离减小，在流动方向上的压降进一步升高，直至由密封体(4)上的压差引起的关闭力大于打开弹簧(9)的打开力，将密封体(4)压向壳体(1)中的密封面(3)，并且因此根据图4将电磁截止阀的主阀座(10)关闭。在该工作状态中，首先先导阀座(11)被继续打开，并且作为管破裂保险机构的复位功能起作用。在需要时，通过中断对励磁线圈(20)的供电来封闭电磁阀(5)的先导阀座(11)。
图5示出处于关闭状态中的不具有承压壳体的作为内嵌变型的组合阀(100)的另一种可能的实施方式，衔铁(13)、密封体(4)和打开弹簧(9)在内部被穿流，该打开弹簧支撑在壳体(1)上。衔铁(13)上的压降通过在穿流衔铁(13)的孔时的流动转向产生，该孔作为压降面(15b)起作用。在密封元件(4)上的压降通过对作为密封元件(4)的后棱边的压降面(15a)的涌流、通过在穿流密封元件(4)的外置的槽时的流动转向而产生，这些槽作为压降面(15)起作用，并且通过在穿流或环绕流过打开弹簧(9)时的流动转向而产生，该打开弹簧(9)作为压降面(15c)起作用。
图6示出了处于关闭状态中的具有承压壳体(7)的作为旋入件的组合阀(100)的另一种可能的实施方式，其中，电磁阀(5)的壳体(7)抵靠到壳体(1)上密封，并且密封体(4)以其主阀座(10)抵靠到壳体(7)中的密封面(3)上密封。密封体(4)在衔铁(13)中被引导，其中，密封体(4)上的弹性区段作为打卡弹簧(9a)与作为弹簧支撑部(8a)的衔铁(13)的锥形容纳孔(22)配合作用。壳体(7)与密封体(4)之间的间隙形成用于产生压降的被环绕流过的压降面(15)。
在密封体(4)与衔铁(13)之间不存在机械连接，并且密封体(4)可以在轴向方向上根据存在的压力情况或流体力、打开弹簧(9)的力和励磁线圈(20)的状态(在衔铁(13)的相关位置通电或未通电)而移动，并且在主阀座(10)打开且先导阀座(11)打开时以第一流量率处于第一端部位置，在主阀座(10)关闭且先导阀座(11)打开时以第二流量率处于第二端部位置，在主阀座(10)关闭且先导阀座(11)关闭时以第三流量率处于第二端部位置，以及根据力情况(由密封体(4)上的因在密封体(4)上的压差而引起的关闭力和在密封体(4)上的打开弹簧(9)的力组成的所导致的力)而定在第一端部位置与第二端部位置之间以相关的流量率处于任意位置。第一流量率对应于打开的电磁阀(5)的标称流量。第二流量率相对于第一流量率极大地减小，但是足够高，以便在下游流动路径被关闭的情况下使管破裂保险机构复原(复位功能)，即在下游流动路径被关闭并且先导阀座(11)打开的情况下，进口(3)和出口(4)之间的压力关系由于给励磁线圈(20)通电通过先导孔(14)均衡，从而打开弹簧(9)将密封体(4)从壳体(1)抬起，并且又开通在进口(2)和出口(6)之间的流动路径。在电磁阀(5)关闭时的第三流量率为零。
管破裂保险机构的关闭点通过打开弹簧(9)的力且通过在进口(2)和出口(6)之间的流动路径的设计来确定，用于在限定的流量下产生所需的压降。对于管破裂保险机构的功能重要的是，在环绕流过和/或穿流电磁阀(5)时或在环绕流过和/或穿流电磁阀(5)的各个部件时在进口(2)和出口(6)之间由于流动转向和/或流动加速而引起的压降，因为在确定流量下由该压差形成的轴向作用的关闭力克服打开弹簧(9)的打开力并且根据设计而定克服磁力将密封体(4)和/或电磁阀(5)的其它部件从打开位置移动到关闭位置中。用于移动和/或关闭密封体(4)所需的压降通过在穿流进口(2)和出口(6)之间的流动路径的所有包围面时的流动转向和/或流动加速来产生，即用于移动和/或关闭密封体(4)和/或衔铁(13)的压降可以可选地通过在密封体(4)和/或衔铁(13)的外侧或槽上的被环绕流过的压降面(15)处的流动转向和/或流动加速来产生；通过在密封体(4)和/或衔铁(13)的内部的孔中的流动转向和/或流动加速来产生；通过在穿流打开弹簧(9)时的流动转向和/或流动加速来产生；通过在壳体(1)中的流动转向和/或流动加速来产生，例如通过锥形面来产生；通过在壳体(7)中的流动转向和/或流动加速来产生，例如通过锥形面来产生；或在与密封体(4)和/或衔铁(13)和/或打开弹簧(9)处于机械的和/或流体技术的连接的构件上的流动转向和/或流动加速来产生。
如果在衔铁(13)上设计了被环绕流过的压降面(15)，那么当由于在衔铁(13)上在流动方向上的压降在衔铁(13)上引起的压差形成的闭合力大于由打开弹簧(9)的打开力和在衔铁(13)与对极(18)之间的磁力组成的所导致的打开力时，衔铁(13)将密封体(4)压靠到壳体(1)中的密封面(3)上，并且因此关闭电磁截止阀(5)的主阀座(10)和先导阀座(11)。
密封体(4)和/或衔铁(13)和/或壳体(7)以及电磁阀(5)的其它零件可选地设计为单件式或多件式。
打开弹簧(9)可选地布置在密封体(4)与衔铁(13)之间，或者布置在密封体(4)与壳体(1)之间，或者布置在密封体(4)与壳体(7)之间。打开弹簧(9)可选地是由合适的材料制成的螺旋弹簧、膜片弹簧、盘形弹簧或弯曲弹簧、有弹性的聚合物构件或弹性体构件等，其中，压力弹簧或拉力弹簧是可行的。可选地使用多个打开弹簧(9)。打开弹簧(9)可选地被保护免受环绕流过或穿流。
打开弹簧(9)优选与所设计的被环绕流过的压降面(15)连同流动路径配合作用地经过设计，使得在最小工作压力下管破裂保险机构在1.5倍的额定量时被激活，并且将电磁截止阀(5)的密封体(4)关闭。

Claims (9)

1.一种由电磁截止阀(5)和集成到所述电磁截止阀(5)中的管破裂保险机构组成的组合阀(100)，其中，所述组合阀(100)包括：进口(2)和出口(6)，在所述进口和所述出口之间限定了第一流动路径；布置在所述第一流动路径中的密封面(3)；在打开位置和关闭位置之间可移动的密封体(4)，所述密封体具有主阀座(10)和先导阀座(11)，在所述主阀座和所述先导阀座之间限定了作为第二流动路径的先导孔(14)；关闭弹簧(17)；具有密封面(12)的衔铁(13)；和励磁线圈(20)，其中，所述密封体(4)被设计用于，在所述关闭位置中通过将所述主阀座(10)靠置在所述密封面(3)上封闭所述第一流动路径，通过将所述密封面(12)靠置在所述先导阀座(11)上封闭所述第二流动路径，并且在所述打开位置中，使所述主阀座(10)与所述密封面(3)隔开，
其特征在于，
所述衔铁(13)布置在所述关闭弹簧(17)与所述密封体(4)之间，并且所述关闭弹簧(17)被设计用于，借助弹簧力将所述衔铁(13)的所述密封面(12)压靠到所述密封体(4)的所述先导阀座(11)上，并且将所述密封体(4)的所述主阀座(10)压靠到所述密封面(3)上，并且所述励磁线圈(20)被设计用于，克服所述关闭弹簧(10)的弹簧力吸引所述衔铁(13)，其中，所述组合阀(100)包括打开弹簧(9)，所述打开弹簧被设计用于，借助于弹簧力将所述密封体(4)压到所述打开位置中，其中，所述关闭弹簧(10)具有比所述打开弹簧(9)更大的弹簧力，其中，所述电磁截止阀(5)的处于所述第一流动路径中的零件经过成型，从而这些零件产生在其中流动的介质的流动转向和/或流动加速,并且由此产生从所述进口(2)至所述出口(6)的压降，并且所述打开弹簧(9)的弹簧力被调节为，使得在所述第一流动路径中的介质的规定流量下，所述压降克服所述打开弹簧(9)的弹簧力将所述密封体(4)从所述打开位置压到所述关闭位置中，其中，在所述关闭位置中在所述衔铁(13)被吸引时，所述第二流动路径开通。
2.根据权利要求1所述的组合阀(100)，其特征在于，所述第一流动路径沿着所述密封体(4)延伸，并且可选地穿过所述衔铁和/或所述打开弹簧(9)延伸。
3.根据权利要求1或2所述的组合阀(100)，其特征在于，所述先导孔(14)具有直径不同的区段。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(100)，其特征在于，所述第二流动路径的区段通过在所述密封体(4)与所述电磁截止阀(5)的包围所述密封体(4)的壳体(7)之间的自由空间构成，或者通过在所述密封体(4)的外侧上延伸的槽构成，或者通过在所述密封体(4)的内部中延伸的孔构成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(100)，其特征在于，所述密封体(4)设有布置在所述第一流动路径中的被环绕流过和/或穿流的压降面(15、15a)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(100)，其特征在于，所述衔铁(13)设有布置在所述第一流动路径中的被环绕流过和/或穿流的压降面(15b)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(100)，其特征在于，所述打开弹簧(9)布置在所述第一流动路径中，并且被设计用于产生压降。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(100)，其特征在于，所述第一流动路径的区段通过所述电磁截止阀(5)的所述壳体(7)和/或通过容器阀壳体(1)限定，其中，所述第一流动路径的区段优选形成为，使得该区段产生从所述进口(2)至所述出口(6)的压降。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(100)，其特征在于，所述打开弹簧(9)是由金属、聚合物或弹性体制成的弹性构件，或是所述密封体(4)上的有弹性的区段(9a)。
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